(57)【要約】【課題】凝集剤を使用せずに原水を上向流デッドエンドろ過する膜モジュールを、効果的に逆洗することができる方法を提供する。【解決手段】上向流デッドエンドろ過を行なうモノリス型のセラミック膜モジュール１において、従来と同様に膜の二次側から一次側に逆洗水を流して膜面に付着している濁質を剥離させたうえ、膜モジュール１の一次側上部の弁２を開放し、原水を膜モジュール１の一次側下方からセラミック膜のセル内線速50cm/sec以下で供給し、剥離した濁質を膜モジュール一次側上部から排出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向流デッドエンドろ過を行なう膜モジュールの逆洗方法において、先ず膜モジュールへの原水の供給を停止し、膜の二次側から一次側に逆洗水を流して膜面に付着している濁質を剥離させたうえ、膜モジュール一次側上部の弁を開放して原水を膜モジュール一次側の下方から供給し、剥離した濁質を膜モジュール一次側上部から排出することを特徴とする膜モジュールの逆洗方法。
【請求項２】
上向流デッドエンドろ過を行う膜モジュールが、モノリス型のセラミック膜を使用していることを特徴とする請求項1記載の膜モジュールの逆洗方法。
【請求項３】
膜モジュール一次側の下方からの原水の供給を、セラミック膜のセル内線速を50cm/sec以下の流速で行うことを特徴とする請求項１または２記載の膜モジュールの逆洗方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水や下水のろ過に用いられる膜モジュールの逆洗方法に関するものであり、特に上向流デッドエンドろ過を行なう膜モジュールの逆洗方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜モジュールを用いて原水をろ過する方法には、膜モジュールの一次側で原水を循環させながらその一部をろ過するクロスフロー方式と、膜モジュールの一次側に供給した原水の全量をろ過するデッドエンド方式とがある。
また膜モジュールの種類も多くあるが、出願人会社にて生産しているモノリス型のセラミック膜モジュールは膜の耐久性に優れ、細菌類を完全にろ過することができるので、上水製造手段として実用化されている。
【０００３】
このモノリス型のセラミック膜モジュールは、蓮根状の孔を持つモノリス型のセラミック膜を金属製の容器の内部に収納したもので、通常は垂直に設置され、下方から原水を供給する上向流デッドエンドろ過が行われている。図１はその説明図であり、１は膜モジュール、２はその内部に収納されたモノリス型のセラミック膜である。ろ過を行う場合は、まず原水供給ポンプ３を稼動するとともに、原水供給弁Ｖ−１、一次側上部排水弁Ｖ−２を開く事で、膜モジュール一次側を原水で満たし空気を追い出す水張り工程を実施する。ついで、一次側上部排水弁Ｖ−２を閉じ、ろ過水弁Ｖ−３を開く事で、デッドエンドろ過が開始され、ろ過水がえられる。また、この時、定流量ろ過を行う場合には、通常インバータ等の回転数制御装置４でポンプを制御する。
【０００４】
しかしこのようなろ過運転を継続すると、原水中の濁質が次第に膜面に堆積し、膜モジュールの膜差圧が上昇することが避けられない。そこで、ろ過工程時に、ろ過水弁Ｖ−３を閉じると同時に、逆洗水弁Ｖ−４を開く事で、あらかじめ、ろ過水を逆洗タンク５に溜めておき、所定の膜差圧もしくはろ過時間に達したところで、溜めておいたろ過水を膜モジュールの二次側から一次側へ押し流して膜面に付着している濁質を剥離させる逆洗を実施する。逆洗は、原水供給ポンプ３及び全ての弁を閉じる事でろ過を停止した後、逆洗空気弁Ｖ−５を開く事で、高圧空気源６から高圧空気を供給し逆洗タンク５を加圧する。次に逆洗水弁Ｖ−４を開く事で、膜モジュール二次側を加圧、保持する。ついで、逆洗排水弁Ｖ−６を開き、加圧されたろ過水を二次側から一次側へ押し流す。
【０００５】
このとき大量の逆洗水を使用すれば、膜面から剥離した濁質を膜モジュール１の外部に排出することができる。しかし逆洗水としてろ過水を使用するので、大量の逆洗水の使用は水回収率の低下を招く。このため特許文献１に示されるように、上述の逆洗時に、あわせてエアブロー弁Ｖ−７を開く事で、高圧空気源６から高圧空気を膜モジュールの一次側にも供給し、二次側からの水逆洗と一次側のエアブローを組み合わせている。これにより、二次側から一次側へ押し流された水を、一次側に供給された空気によって逆洗排水弁Ｖ−６から外部へ排出することができるので、逆洗水量が少なくなるとともに、空気のせん断力で膜面の濁質を剥ぎ取る効果があわせて期待できる。したがって、この方法は、多くの浄水施設で標準的な逆洗方法となっている。
【特許文献１】特開平７−２５１０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、地下水や河川上澄水のような清澄水を原水とし、凝集剤を使用せずに膜ろ過する場合や、下水であっても凝集剤を使用する必要のない場合などにおいては、上向流デッドエンドろ過を行なう膜モジュールの逆洗に上記の水逆洗とエアブローとを組み合わせる方法を繰り返し実施すると、次第に逆洗効果が低下してしまうことが判明した。このため膜差圧を十分に低下させることができなくなり、装置全体を停止して薬液洗浄を行なわねばならず、設備稼働率の低下を招くこととなる。
【０００７】
従って本発明の目的は、凝集剤を使用せずに原水を上向流デッドエンドろ過する膜モジュールを、効果的に逆洗することができる膜モジュールの逆洗方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明者は従来技術の問題点を様々な角度から検討した結果、従来は逆洗効果を高めるために必須と考えられていたエアブローが、却って膜差圧の低下を阻害するケースが存在することを究明した。すなわち、上向流デッドエンドろ過を行う膜モジュールでは、長期間の使用により膜面だけでなく容器内の上部にも濁質が溜まっているが、エアブローを行なうことによってこの濁質が逆に膜面に付着する場合があること、膜面に付着している濁質が空気との接触により変質して詰まる場合があること、エアブローを行なうことによって膜面に微細な気泡が入り込み、有効膜面積が減少してしまう場合があることなどが明らかになった。これらは、凝集剤を使用しない無凝集ろ過においては、ろ過で阻止される濁質の粒径が非常に細かい為、エアブローにより得られる効果が小さくなる事に起因すると考えられる。
【０００９】
本発明はこのような新たな知見に基づいてなされたものであって、上向流デッドエンドろ過を行なう膜モジュールにおいて、先ず膜モジュールへの原水の供給を停止し、膜の二次側から一次側に逆洗水を流して膜面に付着している濁質を剥離させたうえ、膜モジュール一次側上部の弁を開放して原水を膜モジュール一次側の下方から供給し、剥離した濁質を膜モジュール一次側上部から排出することを特徴とするものである。
【００１０】
なお、上向流デッドエンドろ過を行う膜モジュールが、モノリス型のセラミック膜を使用し、膜モジュール一次側の下方からの原水の供給を、セラミック膜のセル内線速を50cm/sec以下の流速で行なうことが好ましい。なお、ここでいうセラミック膜のセルとは、蓮根状の貫通孔を意味する。すなわち、セラミック膜の蓮根状の貫通孔内部の線速が、50cm/sec以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の膜モジュールの逆洗方法によれば、上向流デッドエンドろ過を行なう膜モジュールの膜差圧が上昇した際に、通常の水逆洗を行なった後にエアブローは行なわず、膜モジュール一次側上部の弁を開放して原水を膜モジュール一次側の下方から供給し、剥離した濁質を膜モジュール一次側上部から排出する。このため濁質や膜面に空気が接触するおそれが無く、容器内の上部に溜まっていた濁質が膜面に付着したり、膜面に付着している濁質が空気との接触により変質したり、膜面に微細な気泡が入り込み、有効膜面積が減少したりするおそれがない。
【００１２】
しかも膜面から剥離した濁質や、容器内の上部に溜まっていた濁質は膜モジュール一次側上部から排出される。本発明は特に凝集剤を使用せずに原水を上向流デッドエンドろ過する膜モジュールに適した方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図２において、１は膜モジュール、２はその内部に収納されたモノリス型のセラミック膜である。前記したようにモノリス型のセラミック膜は蓮根状の多数の貫通孔を備えたもので、その内周面がろ過膜となっている。本発明では、後述するように、通常の逆洗後に膜モジュール一次側が空（水に満たされていない状態）になることがないので、従来の水張り工程が不要となり、基本的にろ過を行う場合は、原水供給ポンプ３を稼動するとともに、原水供給弁Ｖ−１、ろ過水弁Ｖ−３を開くだけで、デッドエンドろ過が開始され、ろ過水がえられる。また、この時、定流量ろ過を行う場合には、通常インバータ等の回転数制御装置４でポンプを制御するのは従来と同様である。また、供用開始時など、最初に水張り工程が必要な場合は従来と同様に実施すればよい。
【００１４】
このようにして上向流デッドエンドろ過を行なう膜モジュール１の膜差圧が上昇した際には、従来と同様に、ろ過工程時に、ろ過水弁Ｖ−３を閉じ、逆洗水弁Ｖ−４を開く事で、あらかじめ、ろ過水を逆洗タンク５に溜めておき、所定の膜差圧もしくはろ過時間に達したところでろ過を停止し、ろ過水を膜モジュールの二次側から一次側へ押し流して膜面に付着している濁質を剥離させる逆洗を実施する。
原水供給ポンプ３及び全ての弁を閉じる事でろ過を停止した後、逆洗工程では、逆洗空気弁Ｖ−５を開く事で、高圧空気源６から高圧空気を供給し逆洗タンク５を加圧する。次に逆洗水弁Ｖ−４を開く事で、膜モジュール二次側を加圧、保持する。ついで、逆洗排水弁Ｖ−６を開き、加圧されたろ過水を二次側から一次側へ押し流すのも、従来と同様である。
【００１５】
しかし本発明では逆洗後に従来のようなエアブローは行なわず、一次側上部排水弁Ｖ−２を開き、原水供給ポンプ３を稼動し原水を膜モジュール１の一次側下方から供給する。これにより、剥離した濁質を膜モジュール１の一次側上部から排出する。この排水中の濁質は当然原水中よりもやや多いが、原水に戻してもろ過運転性及びろ過水質に支障をきたすことはない。従って、従来よりも逆洗排水量の低減も可能である。このとき、上向流デッドエンドろ過運転中に膜モジュール１の一次側上部に溜まっていた濁質も膜モジュール１の一次側上方から排出されるので、膜面に付着することはない。
【００１６】
この原水の供給は、上向流デッドエンドろ過を行う膜モジュールが、モノリス型のセラミック膜を使用している場合は、セラミック膜のセル内線速を50cm/sec以下の流速で行なうことが好ましい。これ以上の線速は濁質の排出能力の向上と言う点では好ましいが、後述の実施例でも示すように、膜差圧の上昇を抑制する効果が小さくなる事が見出されている。さらに、これ以上の流速を要求すると、原水供給ポンプ３の能力を通常のろ過運転に使用する以上に高める必要があるため、実際的ではない。通常、この間の線速であれば、設計時に膜閉塞時でも定流量で稼動するようにポンプを選定している為、特に従来設計からポンプの能力を上げる必要もなく、コストの増加にはつながらない。
【００１７】
本発明によれば従来のようなエアブローを行わないので、濁質や膜面に空気が接触するおそれが無く、膜面に付着している濁質が空気との接触により変質したり、膜面に微細な気泡が入り込み、有効膜面積が減少したりするおそれがない。また、エアブロー弁Ｖ−７が不要となり、使用空気量も低減できる為コストが低減できる。しかも従来法では逆洗終了後の膜モジュール１の一次側は空（水で満たされていない状態）であるので、新たに膜モジュール１の一次側に原水を充満させる水張工程が必要であるが、本発明では逆洗終了後の膜モジュール１の一次側は原水で満たされているので、一次側上部排水弁Ｖ−２を閉じて直ちにろ過運転を再開できる利点がある。すなわち逆洗時間の短縮が可能となり、装置の稼働率が向上する。さらに、既述のように、一次側上部からの排出水は、濁質分が原水よりもやや多いが、原水に戻すことで、従来はエアブローにより逆洗排水として排出されていた膜モジュール一次側の水を原水側へ戻すことになるので、逆洗排水量の削減にもつながる。
【００１８】
なお、凝集剤を混入した原水を上向流デッドエンドろ過を行なう場合には、本発明で得られる効果よりも、エアブローの実施による逆洗効果の方が大きい傾向がある為、むしろ従来のエアブロー方式を採用すべきである。
【実施例】
【００１９】
モノリス型セラミック膜を使用した膜モジュールにて、伏流水を膜ろ過流速8ｍ3/ｍ2/日、ろ過時間6ｈｒにて、5系列並列ろ過運転した。
試験条件及び試験結果を表1にまとめる。本発明の逆洗後の膜モジュール一次側下方からの原水供給速度はセル内線速は2〜70ｃｍ/secとした。
【００２０】
【表１】
2007111576.tif 000003
【００２１】
表1に付記した、膜差圧上昇速度（kPa/日）とは、１日あたりの膜差圧の上昇を表している。この値が大きくなれば、薬品洗浄周期が短くなり、コストの増加及び設備稼働率が低下する。
【００２２】
本試験結果では、従来法のエアブローありでは、膜差圧上昇速度が0.24kPa/日であったのに対し、本発明の実施例1〜3の様に、逆洗後の膜モジュール一次側下方からの原水供給速度をセル内線速は2から50ｃｍ/secと増加させることで、膜差圧上昇速度の低下が見られた。薬品洗浄周期で比較すると、実施例3では、従来法と比較して約3倍とすることが可能となった。また、実施例2、3では、膜差圧上昇速度の低減効果が小さい。また、実施例3、4でも低減効果は小さい。したがって、50ｃｍ/sec以上の線速の増加はポンプの能力アップ費用と得られる効果を考えると望ましくないと考えられた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  膜モジュール
２  セラミック膜
３  原水供給ポンプ
４  回転数制御装置
５  逆洗タンク
６  高圧空気源
Ｖ−１  原水供給弁
Ｖ−２  一次側上部排水弁
Ｖ−３  ろ過水弁
Ｖ−４  逆洗水弁
Ｖ−５  逆洗空気弁
Ｖ−６  逆洗排水弁
Ｖ−７  エアブロー弁
【図１】
2007111576.tif 000004
【図２】
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